红外吸收光谱分析法FTIR

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CCH (顺式) ~ 960cm(1 中 强) CCH (反式) ~ 690cm(1 中 强) 2.C=C骨架振动 CC ~ 1650cm(1 弱 不定)
• 顺式>反式
• 取代基完全对称时,峰消失
3.发生π-π共轭或n-π共轭——共轭效应将使
吸收峰位移向低波数区10~30cm-1
炔烃
1.C-H振动
1395cm1和
1365cm1双峰
CH2 ~ 1465 20cm(1 中) CH2 ~ 720cm1 (n 4)
3. C-C骨架振动 CC 1250 ~ 1140cm(1 弱中)
4)甲基与芳环或杂原子相连:
烯烃 1.C-H振动 CH 3100 ~ 3000cm(1 弱中强) CH 1010 ~ 650cm(1 强)
• (2)未知物的鉴定 是红外光谱法定性分析的一
个重要用途,涉及到图谱的解析。
二、常见有机化合物基团的特征频率 (一)脂肪烃类化合物
烷烃 1. C-H伸缩振动 CH(饱和) 3000 ~ 2850cm(1 强)
as CH 3
~ 2960cm1(很强)
s CH 3
~ 2870cm(1 很强)
as CH 2
1)面外摇摆ω:两个X原子同时向面下或面上的振 动
AX 2型分子
CH2 ~ 1300cm1
2)蜷曲τ:一个X原子在面上,一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
3.变形振动: 1)对称的变形振动δs:三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
酮、醛 1.酮 CO(酮) ~ 1715cm(1 极强) • 共轭效应使吸收峰→低波数区 • 环酮:环张力↑,吸收峰→高波数区
2.醛 CO(醛) ~ 1725cm(1 强,尖锐) CH (O) ~ 2820 和 2720cm(1 双峰)
• 共轭效应使吸收峰→低波数区 • 双峰原因→费米共振 CH (O)二倍频峰与 CH (O) 2850cm1
远红外区:25~500μm (400----20cm-1 ) 纯转动光谱
中红外区能很好的反应分子内部结构,对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效, 因而是红外光谱中应用最为广泛的区域,一般所说的红外光谱大都指这一范围的光谱。
二、红外光谱的作用
1.可以确定化合物的类别(芳香类) 2.确定官能团:
1.面内弯曲振动β: 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内
1)剪式振动δ:振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
CH2 ~ 1465 20cm1
2)面内摇摆ρ:基团作为一个整体在平面内摇动
AX 2型分子
CH2 ~ 720cm1
— (CH2 )n — n 4
2.面外弯曲γ:弯曲振动垂直几个原子构成的平面
红外吸收光谱分析法
第一节 红外吸收光谱分析概述
• 红外光谱又称分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。样品受到频
率连续变化的红外光照射时,分子吸收其中一些频率的辐射,分 子振动或转动引起偶极矩的净变化,使振-转能级从基态跃迁到
激发态,相应于这些区域的透射光强减弱,记录百分透过率T%
对波数或波长的曲线,即红外光谱。
~ν 1 K
2C μ
m1 m2
m1 m2
K化学键力学常数 折合质量
分子振动模型
(2)多原子分子的振动模型
伸缩振动 亚甲基:
变形振动 亚甲基
振动的类型 和表示方法
分子振动的形式(多原子分子)
一、 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1.对称伸缩振动:键长沿键轴方向的运动同时发生
b)泛频峰
倍频峰:分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 (即υ=1→ υ=2,3- - -产生的峰)
即 L
来自百度文库
泛 倍频峰 二倍频峰(υ=0→υ=2) 2 L 2

三倍频峰(υ=0→υ=3)
峰 合频峰
L 1 2
3 L 3
差频峰(即υ=1→υ=2,3- - -产生的峰) L 1 2
1.振动能级
E振 0.05 ~ 1.0EV E转 0.0001 ~ 0.05V
E E振 E转
• 红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 • 分子的振动能级差远大于转动能级差 • 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
2 分子振动模型
(1) 双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
1 红外吸收光谱分析
一、红外光的分区
红外线:波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
近红外区:0.78~2.5μm (12820----4000cm-1 ) —OH和—NH倍频吸收区
中红外区:2.5~25μm (4000----400cm-1 ) 基团的基频振动、伴随转动光谱
❖红外非活性振动:分子振动不产生偶极矩的变化,
不产生红外吸收的性质
5 振动的自由度
指分子独立的振动数目,或基本的振动数目
➢ N个原子组成分子,每个原子在空间具三个自由度
➢ 振动自由度反映吸收峰数量 ;吸收峰数常少于振动自由度数;发生
了简并——即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动
➢ 实际工作中简正振动频率不上理论计算,而是通过试验测定,归
s CH 3
1390
CH2 1465
CH2 723
CH 3000
CC ~ 1650
CH 1010 CH2 912
CH 3300 CC ~ 2200
CH 1238
(二)芳香族化合物
1.芳氢伸缩振动 H 3100 ~ 3000cm(1 弱中)
2.芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在
C(C 芳环)~ 1600 和 ~ 1500cm(1 强) 双峰
2)不对称的变形振动δas:三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
AX 3型分子
as CH 3
~ 1450cm1
3.基频峰与泛频峰
a)基频峰:分子吸收一定频率红外线,振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 (即υ=0 → 1产生的峰)
1 L
➢ 基频峰的峰位等于分子的振动频率 ➢ 基频峰强度大——红外主要吸收峰
~ 2925cm(1 强)
s CH 2
~ 2850cm(1 强)
CH ~ 2890cm(1 中强,易淹没)
2. C-H弯曲振动
as CH 3
~ 1450cm(1 中)
s CH 3
~ 1375cm(1 中 强)
s C
(CH
3
)
2
等强度裂分为
1385cm1和
1375cm1双峰
s C (CH 3
)3不等强度裂分为
2.C-O伸缩振动:
CO 1250 ~ 1000cm(1 强) CO(伯醇) ~ 1050cm1 CO(酚)1300 ~ 1200cm1 CO(仲醇) ~ 1100cm1 CO(叔醇) ~ 1150cm1
✓注:酚还具有苯环特征

CO 1300 ~ 1000cm1
1.链醚和环醚
CasO(C 链)1150 ~ 1060cm(1 强)
注:泛频峰强度较弱,难辨认→却增加了光谱特征性
4.红外光谱产生条件:
➢分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍
即 L
➢分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0,
即分子产生红外活性振动,且辐射与分子振动发生 能量耦合。
即 0
❖红外活性振动:分子振动产生偶极矩的变化,
从而产生红外吸收的性质
第二节 红外光谱的应用
• 红外光谱的最大特点是具有特征性,谱图上的每
个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。 据此进行化合物的定性分析和定量分析。广泛应 用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。
• 1. 定性分析 • (1)已知物的鉴定 在得到试样的红外谱图后,
与纯物质的谱图进行比较,如果谱图中峰位、峰 形和峰的相对强度都一致,即可认为是同一物质。
1000 cm 1
H ~ 750cm(1 强,单峰)
与单取代峰位重叠
• 间取代(3个相邻H,1个孤立H)
H(三峰)
810 ~ 750cm(1 强)
725 ~ 680cm(1 较强)
900 ~ 860cm(1 中强)
• 对取代(2个相邻H)
H 860 ~ 800cm(1 强,单峰)
667 cm 1
AX 2型分子
AX 3型分子
2.反称CsH伸2 缩~ 2振85动0c:m键1 长沿键轴方CsH3向~的2运87动0c交m替1 发生
AX 2型分子
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
as CH 3
~
2960cm1
二、 弯曲振动(变形振动,变角振动): 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
s C
O(链)弱
消失
2.芳醚和烯醚
as C O
1275 ~ 1200cm1
as CO( )
~ 1250cm1 (强)
s C O( )
~ 1040cm1 (中)
OH ~ 3200
CO ~ 1050 CO ~ 1100
(四)羰基化合物 CO 1900 ~ 1600cm(1 强)
峰位排序:酸酐 > 酰卤 > 羧酸(游离)> 酯类 > 醛 > 酮 > 酰胺
数k 越大,原子折合质量越小,键的振动频率越大,吸收带将出现在高
波数区(短波长区);反之,出现在低波数区(高波长区)。
(3)谱带形状(absorption bands shape) 分析的化合物越纯,吸收谱带 越尖锐,对称性越好;若是混合物,则谱带会出现重叠、加宽,对称性 破坏。
(4)谱带强度(absorption bands intensity)键两端原子电负性相差越 大(极性越大),吸收峰越强;由基态跃迁到第一激发态,产生一个强 的吸收峰,基频峰;由基态直接跃迁到第二激发态,产生一个弱的吸收 峰,倍频峰。
H 3000
CC 1600,1500 双峰
H(邻)~ 743cm(1 单峰)
H(间)767,692
~ 900太弱
H 79(2 单峰)
(三) 醇、酚、醚
醇、酚
1.O-H伸缩振动: OH 3650 ~ 3200cm(1 强) OH(游离)3650 ~ 3600cm(1 较强 变,锐峰)
OH(缔合)3500 ~ 3200cm(1 强 中强,宽、钝峰)
纳成规律。
6 红外光谱的特征
(1)谱带数(absorption bands number) 谱带数与分子自由度有关, 基频谱带和泛频谱带。无瞬间偶基距变化时,无红外吸收。
(2)谱带位置(absorption bands location) 每一个基团的振动都有特征 振动频率,在红外光谱图中表现出特征的吸收谱带位置。化学键的力常
3.芳氢弯曲振动——判断苯的取代形式
H 1000 ~ 650cm1
➢单取代 ➢双取代 • 邻取代 • 对取代 • 间取代 ➢多取代
1. 单取代 (含5个相邻H)
H(双峰)
~ 750cm(1 强) ~ 700cm(1 较强)
1000 cm 1
667 cm 1
2. 双取代
• 邻取代(4个相邻H)
接近 分裂成双峰
C(O 酮)1715 C(O 醛)1725
C(O 酰氯)1800
CCO 900
例:化合物C8H8O2的 红外光谱如右图所示,
试推测其结构。
Ar-H
-CHO
解 :计算不饱和度:
1
n4
n3
2
n1
1
8
08 2
5
-CH3
υC=O
C=C -CH3
CH苯
3000 cm-1有吸收,说明有 C 和H ==C-H基团存在。 靠近1700 cm-1的强度吸收,表O 明有C=O基团,结合2730 cm-1特征峰,进一步说明有醛C基H 存在,1600、 1520 cm-1有吸收说明有苯环存在。根据820 cm-1吸收 带苯为对位取代.1460、1390 cm-1是-CH3特征吸收峰, 根据以上解析并对照标准谱图确定化合物为茴H3CO香醛: CHO
例:—CO—,—C=C—,—C≡C— 3.推测分子结构(简单化合物) 4.定量分析
三、红外光谱图表示形式的意义
通常红外光谱中习惯使用波数来表示波带的位置,代表每
厘米的包含的电磁波波数。
(cm1) 104 (m)
-CH
Ar-H
-CH3
υC=O
C=C -CH3
CH苯
2 红外分光光度法基本原理
红外吸收光谱的产生的条件
CH ~ 3300cm(1 强)
CH CH 2.C≡C骨架振动
~ 1300cm(1 强) ~ 630cm(1 强)
CC ~ 2200cm(1 中 强)
• 取代基完全对称时,峰消失
as CH 3
2960
s CH 3
2870
as CH 2
2925
s CH 2
2850
as CH 3
1460
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